CN103378420A - 天线系统 - Google Patents

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Abstract

一种天线系统，包括设置有净空区与金属接地层的基板，设置于净空区的第一天线、第二天线以及设置于基板上的反射单元，其中反射单元包括金属遮蔽盖与金属反射墙，金属反射墙与金属遮蔽盖相连，并与基板净空区呈介于0度至90度夹角上扬，用于改变天线系统的辐射场型。本发明中的天线系统能达到稳定的高增益高指向性的辐射场型效应。

Description

天线系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线系统。
背景技术
随着电子技术的发展，电子设备越来越轻薄短小，印刷天线由于其所具有的重量轻、体积小等优势，越来越广泛的被应用于电子设备中，然而，随着天线阵列及智能天线技术的导入，往往需要天线具有高增益及高指向性的辐射场型，但现有的印刷天线通常是通过调整铜箔蚀刻出的图形在谐振的频率得到不同的电磁波的场型，实现信号的收发，此种天线的辐射场型一般没有很明显的方向性，前向方向上的增益很小，且增益变化随角度变化改变较大。
故，如何使得天线具有稳定的高增益高指向性的辐射场型成为当今天线设计领域一大课题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种天线系统，能达到稳定的高增益高指向性的辐射场型效应。
本发明实施方式中的天线系统，包括设置有净空区与金属接地层的基板，以及设置于所述净空区的第一天线、第二天线，其中所述天线系统还包括设置于所述基板上的反射单元，所述反射单元包括金属遮蔽盖与金属反射墙，所述金属遮蔽盖遮罩于所述基板的所述金属接地层的部分区域，所述金属反射墙与所述金属遮蔽盖相连，并与所述基板的所述净空区呈介于0度至90度夹角上扬，用于改变所述天线系统的辐射场型。
优选地，所述基板的所述金属接地层还包括射频元件区及非射频元件区，所述金属遮蔽盖遮罩于所述基板的所述金属接地层的所述射频元件区，用于屏蔽电磁波干扰。
优选地，所述金属反射墙与所述金属遮蔽盖靠近所述基板的所述净空区的一端相连，通过所述金属遮蔽盖，所述金属反射墙被固定于所述基板的所述净空区的上方，并与所述基板的所述净空区呈30度夹角。
优选地，所述第一天线与所述第二天线的长度均等于自身所辐射出电磁波信号的波长的四分之一。
优选地，所述第二天线与所述第一天线呈轴对称设置。
优选地，所述第一天线与所述第二天线均包括呈“S”形或“M”形的第一辐射部、呈“T”形的第二辐射部及呈长条形的第三辐射部，所述第一辐射部、所述第二辐射部以及所述第三辐射部依次相连，所述第二辐射部与所述第三辐射部共同形成倒“F”形。
优选地，所述第一天线还包括金属馈电线，所述金属馈电线的一端电性连接于所述第一天线的所述第二辐射部的中部凸起端，所述金属馈电线的另一端耦接于所述基板的所述净空区，用于馈入电磁波信号至所述第一天线。
优选地，所述第一天线的所述第三辐射部的一端电性连接于所述基板的所述金属接地层。
优选地，所述第二天线还包括金属馈电线，所述金属馈电线的一端电性连接于所述第二天线的所述第二辐射部的中部凸起端，所述金属馈电线的另一端耦接于所述基板的所述净空区，用于馈入电磁波信号至所述第二天线。
优选地，所述第二天线的所述第三辐射部的一端电性连接于所述基板的所述金属接地层。
上述天线系统通过金属反射墙与金属遮蔽盖的设计，达到有效改变天线辐射场型，使得上述天线系统具有稳定的高增益高指向性的辐射场型的效应。
附图说明
图1为本发明天线系统一实施方式的正面示意图。
图2为本发明天线系统一实施方式的侧面示意图。
图3为本发明天线系统一实施方式的立体示意图。
图4为本发明天线系统中第一天线与第二天线一实施方式的结构示意图。
图5与图6分别为本发明天线系统中基板、金属遮蔽盖与金属反射墙一实施方式的尺寸示意图。
图7为本发明天线系统中第一天线一实施方式的尺寸示意图。
图8为本发明实施方式中天线系统的电压驻波比的测试图。
图9为本发明实施方式中天线系统工作于2.40GHz频率时在XY平面的水平辐射场型图。
图10为本发明实施方式中天线系统工作于2.45GHz频率时在XY平面的水平辐射场型图。
图11为本发明实施方式中天线系统工作于2.50GHz频率时在XY平面的水平辐射场型图。
主要元件符号说明
天线系统                                        100
基板                                            10
净空区                                          12
金属接地层                                      14
射频元件区                                      141
非射频元件区                                    143
第一天线                                        22
第一辐射部                                      221
第二辐射部                                      223
第三辐射部                                      225
金属馈电线                                      227
第二天线                                        24
反射单元                                        30
金属遮蔽盖                                      32
金属反射墙                                      34
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请同时参阅图1、图2与图3，所示分别为本发明天线系统100一实施方式的正面、侧面及立体示意图。在本实施方式中，天线系统100包括基板10、第一天线22、第二天线24以及反射单元30。
基板10为印刷电路板，包括净空区12（图1所示）以及金属接地层14（图1所示），其中金属接地层14包括射频元件区141（图1所示）及非射频元件区143（图1所示），射频元件区141包括无线收发器等用于电性连接第一天线22及第二天线24以收发电磁波信号的射频元件（图中未示出），非射频元件区143包括除射频元件以外的其他电子元件（图中未示出），如数字电路元件等。
第一天线22与第二天线24呈轴对称，两者均包括第一辐射部221、第二辐射部223、第三辐射部225以及金属馈电线227，用于辐射电磁波信号，具体的天线结构将结合图4进行描述。在本实施方式中，金属馈电线227用于从射频元件区141中的无线收发器接收电磁波信号。
请同时参阅图4，所示为本发明实施方式中第一天线22与第二天线24一实施方式的结构示意图。在本实施方式中，第一天线22与第二天线24结构相同，且呈轴对称设置，故以下仅以第一天线22的结构为例进行详细说明。
第一天线22设置于基板10的净空区12，且长度等于第一天线22所辐射出电磁波信号的波长的四分之一。在本实施方式中，第一天线22的第一辐射部221、第二辐射部223以及第三辐射部225依次相连。第一辐射部221呈多弯折的“S”形或“M”形，第二辐射部223呈“T”形，第三辐射部225呈长条形。第二辐射部223与第三辐射部225共同形成倒“F”形。第一辐射部221的一端为自由端，且与基板10的金属接地层14靠近净空区12的一侧垂直相对，第一辐射部221的另一端与第二辐射部223的一端垂直相连，第二辐射部223与垂直连接于第一辐射部221的一端在同一水平线上的另一端与第三辐射部225的一端垂直相连，第三辐射部225的另一端垂直电性连接于基板10的金属接地层14。在本实施方式中，第一天线22的金属馈电线227的一端连接于第二辐射部223的中部凸起端，金属馈电线227的另一端耦接于基板10的净空区12，用于馈入电磁波信号至第一天线22。
请继续参阅图1、图2与图3，反射单元30包括金属遮蔽盖32与金属反射墙34。在本实施方式中，反射单元30的金属遮蔽盖32遮罩于基板10的金属接地层14的射频元件区141，用于屏蔽电磁波干扰，包括屏蔽来自天线系统100外部其他无线设备对天线系统100的电磁波干扰，也包括屏蔽天线系统100对外部其他电子设备的电磁波干扰，举例而言，若天线系统100应用于手机A中，手机A的周围还有手机B、C、D正被其他用户使用，则金属遮蔽盖32既可屏蔽手机A对使用中的手机B、C、D造成电磁波干扰，也可屏蔽使用中的手机B、C、D对手机A的电磁波干扰，以保证手机A及周围手机各自的通信顺畅。本实施方式中，金属遮蔽盖32还可屏蔽射频元件区141中的射频元件对非射频元件区143中的电子元件的电磁波干扰。
金属反射墙34与金属遮蔽盖32靠近基板10的净空区12的一端相连，通过金属遮蔽盖32，金属反射墙34被固定于基板10的净空区12的上方，并可与基板10的净空区12呈介于0度至90度（如15度、30度、45度、60度、75度等）夹角，用于改变所述天线系统100的辐射场型。借助金属反射墙34的反射作用，能够将第一天线22与第二天线24的前向（Y）增益变大并在大角度范围内实现平稳增益，并能够将第一天线22与第二天线24的后向（-Y）增益降低且也趋于平稳，进而使得天线系统100的辐射场型具有明显的前向性。
请参阅图5与图6，所示为本发明天线系统100中基板10、金属遮蔽盖32与金属反射墙34一实施方式的尺寸示意图。在本实施方式中，基板10的长度、宽度及厚度分别为62毫米、20毫米及1毫米，其中净空区12的长度及宽度分别为20毫米及11.25毫米，金属接地层14的长度及宽度为50.75毫米及20毫米。金属接地层14的射频元件区141的长度及宽度为40.75毫米及20毫米，非射频元件区143的长度及宽度为20毫米及10毫米。金属遮蔽盖32的长度、宽度及厚度分别为40毫米、18毫米及2.1毫米。金属反射墙34的长度、宽度及厚度分别为18毫米、11.95毫米及0.2毫米，其中金属反射墙34与金属遮蔽盖32的连接处的长度、宽度及厚度分别为18毫米、0.75毫米及0.2毫米，金属反射墙34与净空区12之间的夹角为30度。需要说明的是，金属接地层14的射频元件区141与非射频元件区143的尺寸与射频元件及非射频元件在基板10上的布局有关，相应的，由于金属遮蔽盖32遮罩于射频元件区141，故，金属遮蔽盖32的长度及宽度也与射频元件在基板10上的布局有关。在本发明其他实施方式中，金属接地层14的射频元件区141与非射频元件区143以及金属遮蔽盖32的长度与宽度根据射频元件及非射频元件在基板10上的布局变化可有其他尺寸变化。
请参阅图7，所示为本发明天线系统100中第一天线22一实施方式的尺寸示意图。在本实施方式中，因第一天线22与第二天线结构相同，且呈轴对称设置，故在此仅给出第一天线22的尺寸示意图，且以下仅以第一天线22的尺寸进行详细说明。
在本实施方式中，第一天线22中呈多弯折的“S”形或“M”形的第一辐射部221的长度为37.6毫米，其最大宽度为1.2毫米，其最小宽度为0.5毫米。第二辐射部223中两端分别与第一辐射部221及第三辐射部225相连接的部分的长度与宽度分别为2.5毫米及1毫米，第二辐射部223中一端与金属馈电线连接的部分的长度与宽度分别为3.5毫米及1毫米。第三辐射部225的长度与宽度分别为4毫米及1毫米。
请参阅图8，所示为本发明实施方式中天线系统100的电压驻波比（VSWR，Voltage standing wave ratio）的测试图。本发明实施方式中的天线系统100是应用于2.4~2.5GHz之间的频段。由图示可知，当本天线系统100工作于2.4GHz、2.442GHz及2.5GHz三个频率时，其电压驻波比分别为1.34、1.3及1.45，均小于1.5，符合工业标准。
请参阅图9至图11，所示为本发明实施方式中天线系统100分别工作于2.40GHz、2.45GHz及2.50GHz频率时在XY平面的水平辐射场型图。由测试结果可知，三种工作频率下本发明实施方式中的天线系统100的辐射场型具有明显的前向性及平稳的高增益性，其前向（Y）增益最大约可增至2.5dBi且在240度范围内实现平稳增益，后向增益（-Y）约可降至0dBi且趋于平稳。
本发明通过利用与基板10的净空区12呈预设角度（0~90度）上扬的金属反射墙34与金属遮蔽盖32来反射电磁波信号并屏蔽电磁波干扰，以及呈轴对称设置的尾部呈多弯折的倒“F”形的第一天线22与第二天线24的设计方式，既能达到稳定的高增益高指向性的辐射场型效应，又具有面积小的优点。此外，通过设置金属遮蔽盖32，使得天线系统100能够有效避免受到外界的电磁波干扰或对外界产生电磁波干扰。同时，通过设置金属反射墙34上扬的角度，使得天线系统100能够借助金属反射墙34的反射作用，将前向（Y）增益变大且在大角度上实现了平稳增益，并将后向（-Y）增益降低且也趋于平稳，进而使得天线系统100的辐射场型具有明显的前向性。

Claims (10)

1.一种天线系统，包括设置有净空区与金属接地层的基板，以及设置于所述净空区的第一天线、第二天线，其特征在于：所述天线系统还包括设置于所述基板上的反射单元，所述反射单元包括金属遮蔽盖与金属反射墙，所述金属遮蔽盖遮罩于所述基板的所述金属接地层的部分区域，所述金属反射墙与所述金属遮蔽盖相连，并与所述基板的所述净空区呈介于0度至90度夹角上扬，用于改变所述天线系统的辐射场型。
2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述基板的所述金属接地层还包括射频元件区及非射频元件区，所述金属遮蔽盖遮罩于所述基板的所述金属接地层的所述射频元件区，用于屏蔽电磁波干扰。
3.如权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述金属反射墙与所述金属遮蔽盖靠近所述基板的所述净空区的一端相连，通过所述金属遮蔽盖，所述金属反射墙被固定于所述基板的所述净空区的上方，并与所述基板的所述净空区呈30度夹角。
4.如权利要求3所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线与所述第二天线的长度均等于自身所辐射出电磁波信号的波长的四分之一。
5.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线与所述第一天线呈轴对称设置。
6.如权利要求5所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线与所述第二天线均包括呈“S”形或“M”形的第一辐射部、呈“T”形的第二辐射部及呈长条形的第三辐射部，所述第一辐射部、所述第二辐射部以及所述第三辐射部依次相连，所述第二辐射部与所述第三辐射部共同形成倒“F”形。
7.如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线还包括金属馈电线，所述金属馈电线的一端电性连接于所述第一天线的所述第二辐射部的中部凸起端，所述金属馈电线的另一端耦接于所述基板的所述净空区，用于馈入电磁波信号至所述第一天线。
8.如权利要求7所述的天线系统，其特征在于，所述第一天线的所述第三辐射部的一端电性连接于所述基板的所述金属接地层。
9.如权利要求8所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线还包括金属馈电线，所述金属馈电线的一端电性连接于所述第二天线的所述第二辐射部的中部凸起端，所述金属馈电线的另一端耦接于所述基板的所述净空区，用于馈入电磁波信号至所述第二天线。
10.如权利要求9所述的天线系统，其特征在于，所述第二天线的所述第三辐射部的一端电性连接于所述基板的所述金属接地层。
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